電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損(sun)檢測領域出現的新技術，該技術利用電磁耦合方法激勵和接收超聲波。與傳統的超聲檢測技術相比，它具有精度高、不需要耦合劑、非接觸、適于高溫檢測以及容易激發各種超聲波形等優點。在工業應用中，電磁超聲正越來越受到人們的關注和重視。        


 電(dian)磁超聲(sheng)檢(jian)測(ce)作為一種新(xin)(xin)型(xing)無(wu)損檢(jian)測(ce)技術(shu)，應用領(ling)(ling)域不斷(duan)擴展，現已應用于(yu)鐵(tie)路鋼(gang)軌檢(jian)測(ce)、復合材料(liao)檢(jian)測(ce)等領(ling)(ling)域。某(mou)廠新(xin)(xin)建一條大棒材無(wu)損檢(jian)測(ce)生產線，整線的工藝(yi)流程為:上料(liao)→矯直(zhi)→拋丸→倒棱→內部(bu)檢(jian)測(ce)→表面檢(jian)測(ce)→分揀→收集打捆→吊運下線。棒材的內部(bu)檢(jian)測(ce)采用的就是電(dian)磁超聲(sheng)檢(jian)測(ce)技術(shu)。


一、設備(bei)結構及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁超聲(sheng)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)儀采用探(tan)頭(tou)旋(xuan)(xuan)轉、棒(bang)(bang)材(cai)(cai)直線通過式(shi)的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)方法，主要由旋(xuan)(xuan)轉探(tan)頭(tou)機(ji)構、電氣柜、計(ji)算(suan)機(ji)控制(zhi)系統、操(cao)作臺(tai)、缺陷標(biao)記器、標(biao)棒(bang)(bang)、去磁裝置(zhi)等(deng)(deng)(deng)部(bu)分(fen)組成(cheng)。旋(xuan)(xuan)轉探(tan)頭(tou)機(ji)構包(bao)(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)探(tan)頭(tou)架(jia)、探(tan)頭(tou)線圈(quan)、永磁鐵(tie)、滑靴、耐磨片等(deng)(deng)(deng)組件(jian)。計(ji)算(suan)機(ji)控制(zhi)系統包(bao)(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)硬件(jian)與軟(ruan)件(jian)，軟(ruan)件(jian)的(de)(de)作用主要是進行檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)參數(shu)的(de)(de)設(she)定(ding)，檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)結(jie)果(guo)的(de)(de)動態顯示、存儲、打印(yin)等(deng)(deng)(deng)。在軟(ruan)件(jian)中(zhong)，A掃描主要是完成(cheng)標(biao)棒(bang)(bang)校準時的(de)(de)參數(shu)設(she)置(zhi)，包(bao)(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)位置(zhi)門(起點、寬度(du))、報(bao)警(jing)門高(gao)度(du)、增益(yi)值、脈(mo)沖重復頻率(lv)、端部(bu)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)盲區、檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)速度(du)等(deng)(deng)(deng)參數(shu);C掃圖用于逐支顯示棒(bang)(bang)材(cai)(cai)的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)結(jie)果(guo)，包(bao)(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)棒(bang)(bang)材(cai)(cai)的(de)(de)長度(du)、缺陷的(de)(de)位置(zhi)等(deng)(deng)(deng)。 



二、電磁超聲檢測的基本(ben)原(yuan)理 　　


  電(dian)磁(ci)(ci)超聲檢(jian)(jian)測將棒(bang)材(cai)內(nei)(nei)部(bu)(bu)劃分為芯(xin)部(bu)(bu)區(qu)域(yu)和亞表面(mian)區(qu)域(yu)，利用(yong)橫波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)CF檢(jian)(jian)測芯(xin)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)，利用(yong)橫波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)SSF檢(jian)(jian)測亞表面(mian)缺(que)陷(xian)。橫波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)CF采用(yong)回形(xing)線(xian)圈，當磁(ci)(ci)鐵產生的磁(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)垂直于棒(bang)材(cai)表面(mian)時，渦流(liu)受力(li)(li)方向平行于棒(bang)材(cai)表面(mian)，質點產生與作用(yong)力(li)(li)垂直的超聲橫波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)，以(yi)檢(jian)(jian)測棒(bang)材(cai)芯(xin)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)。橫波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)SSF采用(yong)蛇形(xing)線(xian)圈，相鄰兩(liang)部(bu)(bu)分繞組的電(dian)流(liu)方向相反，磁(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)垂直于金屬表面(mian)時，棒(bang)材(cai)內(nei)(nei)部(bu)(bu)將產生橫波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)，以(yi)檢(jian)(jian)測棒(bang)材(cai)亞表面(mian)缺(que)陷(xian)。棒(bang)材(cai)表面(mian)產生的電(dian)磁(ci)(ci)超聲波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)向棒(bang)材(cai)內(nei)(nei)部(bu)(bu)傳播，遇到缺(que)陷(xian)時形(xing)成缺(que)陷(xian)反射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)，與棒(bang)材(cai)底面(mian)反射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)一起被電(dian)磁(ci)(ci)超聲探(tan)頭(tou)捕捉，并在(zai)回波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)上以(yi)A掃描波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)形(xing)圖(tu)的形(xing)式顯示出(chu)來，據此可分析缺(que)陷(xian)在(zai)棒(bang)材(cai)內(nei)(nei)的位置和大(da)小。



三、電磁(ci)超聲無損檢測的優點


  相對(dui)于常規(gui)超(chao)聲(sheng)(sheng)波檢測，電磁超(chao)聲(sheng)(sheng)具(ju)有以下優點：    


 1. 非接觸檢測，不需(xu)要耦合(he)劑(ji)，可透過包覆層(ceng)等(deng)


   EMAT的能(neng)量轉換，是(shi)在(zai)工件表面(mian)的趨(qu)膚(fu)(fu)層(ceng)內直接(jie)進(jin)行得。因而(er)可(ke)將趨(qu)膚(fu)(fu)層(ceng)看成是(shi)壓電晶片，由于(yu)趨(qu)膚(fu)(fu)層(ceng)是(shi)工件的表面(mian)層(ceng)，所(suo)以EMAT產生的超聲波不需要任何耦(ou)合介質。  


 2. 產生(sheng)波形(xing)形(xing)式多樣，適合做表面(mian)缺陷檢測(ce)


  EMAT在(zai)(zai)檢測的(de)過(guo)程中，在(zai)(zai)滿足一定的(de)激發條件時(shi)，會(hui)產生(sheng)表面波、SH波和Lamb波。如果改(gai)變激勵電信號頻率滿足一定公式(shi)，則(ze)聲波能以任何輻(fu)射(she)角θ向工件內部(bu)傾斜輻(fu)射(she)。即在(zai)(zai)其它(ta)條件不變的(de)前提下，只要改(gai)變電信號頻率，就可(ke)以改(gai)變聲的(de)輻(fu)射(she)角，這(zhe)是EMAT的(de)又一特點。由于這(zhe)一特點的(de)存(cun)在(zai)(zai)，可(ke)以在(zai)(zai)不變更換能器的(de)情況(kuang)下，實現波形(xing)模式(shi)的(de)自(zi)由選(xuan)擇。  


 3.  適合(he)高溫檢測


  隨著國家在(zai)能源、動力企(qi)業的(de)投入和發展，各種高(gao)溫(wen)壓(ya)力管(guan)道逐漸增多(duo)。作(zuo)為(wei)特種設備的(de)壓(ya)力管(guan)道，一旦出現事故(gu)，損失將非常嚴重。對(dui)此，國家有相關政策法規強制檢測(ce)，以實現最(zui)小(xiao)的(de)事故(gu)發生率。這(zhe)就(jiu)使(shi)得高(gao)溫(wen)壓(ya)力管(guan)道檢測(ce)成為(wei)一個(ge)急需解(jie)決的(de)問(wen)題。而電磁(ci)超(chao)聲正是(shi)解(jie)決這(zhe)個(ge)問(wen)題的(de)最(zui)好選擇。電磁(ci)超(chao)聲相對(dui)于常規超(chao)聲一個(ge)最(zui)大的(de)優點就(jiu)是(shi)其非接觸性。熱體在(zai)空間輻射(she)的(de)溫(wen)度(du)場是(shi)按(an)指數衰減的(de)，探頭離檢測(ce)試(shi)件表面每提離一段距離，其探頭環境溫(wen)度(du)就(jiu)有顯著的(de)下降，所(suo)以，電磁(ci)超(chao)聲可以用(yong)于高(gao)溫(wen)管(guan)道檢測(ce)。    


 4. 對(dui)被探工件表面(mian)質(zhi)量(liang)要求不高


  EMAT不需要與(yu)聲波在其(qi)中傳播的材料接觸,就可向其(qi)發(fa)射(she)和(he)接收(shou)返回的超聲波。因(yin)此對被探工件(jian)表(biao)面不要求特殊清理(li),較粗糙表(biao)面也可直接探傷。  


 5. 檢測速(su)度(du)快(kuai)


  傳(chuan)統的壓電超聲的檢測速度(du)，一般都(dou)在10米/分(fen)鐘左右，而(er)EMAT可達到40米/分(fen)鐘，甚至(zhi)更快。    


 6. 聲波傳播距離遠(yuan)


  EMAT在鋼(gang)管或鋼(gang)棒中激(ji)發的超(chao)聲波，可以繞工(gong)件傳(chuan)播幾周(zhou)。在進行鋼(gang)管或鋼(gang)棒的縱向缺(que)陷檢測時，探(tan)頭與工(gong)件都不用旋轉(zhuan)，使(shi)探(tan)傷設備的機械結構相對(dui)簡單。  


 7. 所用通道與探頭數量少


  在實現同樣功能的(de)(de)前提下，EMAT探(tan)(tan)傷(shang)設備(bei)所用的(de)(de)通(tong)道數和(he)探(tan)(tan)頭(tou)數都(dou)少于壓電超聲(sheng)。特別(bie)在板材EMAT探(tan)(tan)傷(shang)設備(bei)上就(jiu)更(geng)為明顯，壓電超聲(sheng)要(yao)(yao)進行板面的(de)(de)探(tan)(tan)傷(shang)需要(yao)(yao)幾十(shi)個通(tong)道及探(tan)(tan)頭(tou)，而EMAT則(ze)只(zhi)需要(yao)(yao)四(si)個通(tong)道及相應數量(liang)的(de)(de)探(tan)(tan)頭(tou)就(jiu)可以(yi)了(le)。    


 8. 發現自然缺陷的能(neng)力(li)強EMAT對于鋼管表面存在的折疊(die)、重皮(pi)、孔洞等不易(yi)檢(jian)出的缺陷都能(neng)準確發現。 



四、電磁超聲的缺點(dian)     


 1. 它的換能(neng)效率要比傳統(tong)壓電換能(neng)器低20~40dB。當然，這個缺點可(ke)以用精心設計與制造電子(zi)發(fa)射機與接收機、換能(neng)器來彌補。    


 2. 高頻線圈與工件間(jian)隙不(bu)能太大。線圈從工件表面每提高一(yi)個(ge)繞線波長的距離(li)，聲信號(hao)幅度(du)就(jiu)要下降107dB和(he)96dB。      



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